JP4443393B2 - 塗布装置、塗布方法および被膜形成装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハやガラス基板等の基板の表面に、被膜形成などのための塗布液や現像液を塗布する装置及び塗布方法に関する。

基板上に均一な厚みの塗膜を形成するための装置として特許文献１〜６に開示されるものが知られている。
特許文献１には、ガラス基板の短辺方向に往復動可能とされたノズルからガラス基板表面にレジスト液を所定幅で供給し、この所定幅で供給されたレジスト液をガラス基板の長辺方向に移動するプレート（スキージ）にて均一な厚さに均す内容が開示されている。

特許文献２には、スピンチャックにて水平回転せしめられる基板の表面にノズルから現像液を供給し、この現像液を基板表面との間に微小間隔を隔てて配置された拡散部材（スキージ）で受け止めながら基板表面に所定厚で現像液を液盛りする内容が開示されている。

特許文献３及び特許文献４には、基板ステージに凹部を設け、この凹部に基板を嵌め込んで基板ステージの上面と基板上面とを面一とし、この状態でスリットノズルから基板を含むステージ上面に塗布液を供給し、基板表面に所定厚みの塗膜を形成する内容が開示されている。

特許文献５には、基板を収納可能な凹部を形成したトレイを搬送する間に、トレイの凹部に基板をセットし、この上からスリットノズルを用いて塗布液を供給し、次いでトレイとともに基板を移動せしめて被膜を形成し、この後トレイのみを洗浄ステーション及び乾燥ステーションに移動するようにしている。

特許文献６には、全体構成として特許文献５に類似しているが、トレイの構造として、基板を嵌め込む凹部に隣接してプリディスペンスエリアを設けることが開示されている。
特開平７−２８９９７３号公報 特開平８−０２２９５２号公報 特開２００１−２６９６１０号公報 特開２００２−５９０６０号公報 特開２００３−２４５５９１号公報 特開２００４−２０９３４０号公報

特許文献１に開示される塗布方法では、塗布開始点における膜厚が厚くなってしまい、またガラス基板の周縁まで完全に塗膜を形成することができない。

特許文献２に開示される塗布方法では、基板を回転させることで現像液を拡散せしめるようにしているため基板の外側部に塗布液が移動し中心部において塗布液が不足しがちになる。

特許文献３及び特許文献４にあっては、スリットノズルを用いているが、スリットノズルによって基板の辺方向に均一な厚みの塗布液を供給するのは困難である。例えばスリットノズルの長さ方向において、一部でもノズル幅が他の箇所より大きくなるとその部分で大量に塗布液が落下してしまう。また、スリットノズルが走行して塗布している間に圧力変動があっても供給される塗布液の量が変化してしまう。このように、スリットノズルは装置的に極めて微妙な調整を必要とし、取り扱いが面倒である。

特許文献５にあっては、前記同様スリットノズルを用いているため、取り扱いが面倒であり、また洗浄ステーションと乾燥ステーションとが別々なので、スペース的に不利となる。特許文献６に開示される特許文献５と同様の問題がある。

上記課題を解決すべく本発明に係る塗布装置は、回転可能なトレイと塗布液供給ノズルと塗布液を押し広げるアプリケータとを備え、前記トレイには基板収納用の凹部が形成され、この凹部は基板を収納した状態で基板上面とトレイ上面とが面一になる深さで且つ基板と相似形とされ、また前記塗布液供給ノズルは前記凹部を外したトレイの上方に配置され、更に前記アプリケータは前記凹部に収納された基板の上面との間に隙間を形成した状態で相対的に水平方向に移動可能とされた構成とした。

前記アプリケータとしてははスキージまたはローラ等が好ましい。また、トレイの凹部内には昇降可能なスピンナーチャックを設けてもよい。スピンナーチャッの代わりに昇降ピンを用いてもよい。

上記の塗布装置を用いた本発明に係る塗布方法は、以下の工程を含む。
工程１：トレイの凹部に基板を嵌め込む。
工程２：塗布液供給ノズルから塗布液をトレイの上面で凹部から外れた箇所に供給するとともに、トレイを所定角度回転させるかノズルを移動させることで、アプリケータの移動方向を基準として基板よりも上流側に円弧状または直線状の塗布液だまりを形成する。
工程３：アプリケータを基板に向かって移動させ前記塗布液だまりの塗布液を基板上面に押し広げる。
工程４：トレイの凹部から基板を払い出す。

また、上記の工程に以下の工程を付加してもよい。
工程５：基板が払い出されたトレイの上面に洗浄液を供給しつつトレイを回転して洗浄せしめる。
工程６：洗浄液が飛散してから更に回転を継続して乾燥せしめる。

上記の工程４に引き続いて塗布液をベークして乾燥せしめることで被膜が形成される。この被膜形成装置の構成としては、基板のローダ／アンローダ部、基板表面への塗布部、基板加熱部、基板の裏面又は端面の洗浄部及びこれら各部との基板の受け渡しを行うロボットを備えた被膜形成装置であって、前記塗布部には請求項１乃至請求項３に記載の塗布装置が配置された構成が考えられる。

上記被膜形成装置の基板加熱部または洗浄部にも塗布部に設けたトレイと同じトレイを配置することで、ロボットによる受取／受渡が効率よく行われる。

本発明によれば、半導体ウェーハやガラス基板などの基板表面に供給された塗布液をエッジビードのない均一な厚さに簡単に均すことができる。
また、本発明によれば従来の回転塗布に比べて無駄になる塗布液の量が大幅に少なくなる。
また、本発明によれば従来のスリットノズルに比較して機構が簡単なため均一な厚みの塗膜を形成するための微妙な調整を必要としない。
更に、本発明によれば塗布から洗浄までをトレイを移動することなく行うことも可能で、装置全体をコンパクトにすることができる。

また本発明に係る被膜形成装置では上記塗布装置を組み込んだため、ロボットにとって基板の受取／受渡が効率よく行え、特に同じトレイを加熱装置や洗浄装置にも用いることで、搬送装置がロボット１つで足りることになる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１〜図８は本発明を工程順に説明した図であり、各図において（ａ）は塗布装置の平面図、（ｂ）は塗布装置の縦断面図である。

本発明に係る塗布装置は、トレイ１と塗布液供給ノズル２と塗布液を押し広げるアプリケータとしてのスキージ３を備えている。
トレイ１には基板Ｗを嵌め込むための凹部１１が形成されている。この凹部１１は平面視で基板Ｗと相似で、深さは基板Ｗの厚みと略等しくされている。

前記凹部１１にはスピンナーチャック１２が設けられている。このスピンナーチャック１２は昇降自在とされたスピンナー軸１３の上端部に基板Ｗを吸引するチャック１４が取り付けられ、スピンナー軸１３が最下位まで下がった状態でチャック１４上面と凹部１１の底面とが面一になるように設定されている。

図示例ではチャック１４を平面視で円形にしているが、矩形などとすることでスピンナー軸１３の回転を直接トレイ１に伝えることができる。

また塗布液供給ノズル２は、前記トレイ１の上方で凹部１１を外した位置に配置され、特に本実施例ではトレイ１の中心よりもスキージ３に寄った位置に配置されている。

またスキージ３は、棒状をなすとともに下面３ａは丸みをもっている。このスキージ３は図示しないシリンダユニットなどによってトレイ１に向かって往復動可能とされ、トレイ１上に移動した際にはスキージ３の下面３ａと基板Ｗ上面との間に一定の隙間が形成され、この隙間が塗膜の厚みになる。

以上の構成からなる塗布装置を用いて基板Ｗに塗布液を塗布する手順を説明する。先ず図１に示す状態が待機状態であり、この状態から図２に示すように、凹部１１内に基板Ｗを嵌め込む。

次いで、トレイ１上面にノズル２からレジスト液などの塗布液を滴下するとともにトレイ１をスピンナー軸１３にて回動せしめる。回動角度は９０〜１２０°程度とする。この回動により、図３に示すように、トレイ１上面に塗布液だまりＲが形成される。この実施例では塗布液だまりＲは基板Ｗの直前に形成されている。

塗布液だまりＲの形成方法としては、ノズル２を移動させるようにしてもよい。この場合はノズル２の移動軌跡を円弧状とすることで前記と同様の塗布液だまりＲが形成されるが、ノズル２の移動軌跡を直線状としたり、不連続な塗布液だまりＲとしてもよい。

この後、図４に示すようにスキージ３を基板Ｗに向かって水平移動せしめ、スキージ３の下面３ａにて塗布液だまりＲの塗布液を基板Ｗ上面に押し広げる。そして、図５に示すように塗布が終了したならば、トレイ１を回転せしめ基板Ｗ上に形成された均一な厚みの塗布液層を乾燥せしめる。

塗布液層が乾燥したならば、図６に示すように、スピンナー軸１３を上昇せしめ基板Ｗを凹部１１内から払い出す。このとき塗膜は基板Ｗと凹部１１の境目において自動的に切断される。

以上の如くして、基板Ｗを凹部１１から払い出したら、図７に示すように、洗浄液供給ノズル４をトレイ１の上方に臨ませ、洗浄液供給ノズル４を前後に往復動させつつ洗浄液をトレイ１上面に供給し、更にトレイ１を回転させることで、トレイ１上に残っている塗布液を除去する。また別に設けたブラシをトレイに当てることで効率よく除去を行ってもよい。この後、更にトレイ１を回転せしめて乾燥させる。この状態を図８で示した。図８の状態は図１と同じ待機状態である。

図９（ａ）〜（ｃ）は別実施例を示す平面図であり、図９（ａ）に示す実施例はトレイ１に設ける凹部１１の平面視形状を矩形状とし、液晶用ガラス基板に対応している。

また、図９（ｂ）に示す実施例は塗布液だまりＲの中央部を他の部分より大きくし、中央部での塗布液の不足を補うようにしている。

更に、図９（ｃ）に示す実施例はスキージ３の平面視形状を円弧状とし、塗布液を押し広げる際に塗布液が中央部分に寄るようにしている。尚、スキージの形状はこれに限らず逆向きの円弧状としてもよい。

図１０は本発明に係る被膜形成装置の全体平面図であり、被膜形成装置は伸縮自在なアームを備えたロボット２０を中心として、その周囲にローダ／アンローダ部２１、基板表面への塗布部２２、基板の裏面又は端面の洗浄部２３及び基板加熱部２４を配置している。そして、この実施例では洗浄部２３及び加熱部２４にもトレイ１を配置し、このトレイ１に対しロボット２０によって基板を受け渡すようにしている。

また、ローダ／アンローダ部２１はローダ部２１ａとアンロ−ダ部２１ｂから構成される。このローダ部２１ａとアンロ−ダ部２１ｂの代わりに異なるサイズの基板のロ−ダ部としてもよい。

また、前記塗布部２２にはトレイ１の洗浄部２５が設けられ、塗布部２２に隣接して薬液ストック部２６が設けられ、更に前記基板加熱部２４にはオーブンまたはベーク装置を設けているが、この基板加熱部２４を前記洗浄部２３に重ねて配置してもよい。

以上の被膜形成装置によってレジスト膜などの被膜を形成するには、塗布部２２においてトレイ１を回転せしめ基板Ｗ上に形成された均一な厚みの塗布液層を乾燥せしめ、この後スピンナー軸１３を上昇せしめ基板Ｗをトレイ１の凹部１１内から払い出し、更にロボット２０のハンドで基板Ｗを受け取り、洗浄部２３のトレイに渡して、エッジ洗浄若しくは裏面洗浄を行い、この後再びロボット２０のハンドで基板Ｗを受け取り、加熱部２４に送り込んで被膜を形成する。

また、上記では「塗布」→「回転乾燥」→「裏面、端面洗浄」→「ベークまたはオーブン」としたが、塗布液の粘度が低い場合などには「塗布」→「回転乾燥」→「ベークまたはオーブン」→「裏面、端面洗浄」としてもよく、塗布液によっては回転乾燥させるとトレイから基板を払い出す際にトレイに基板がくっついてしまい基板が斜めになることもあるので、回転乾燥を省略した被膜形成方法、即ち、「塗布」→「裏面、端面洗浄」→「ベークまたはオーブン」或いは「塗布」→「ベークまたはオーブン」→「裏面、端面洗浄」としてもよい。

（ａ）は塗布装置の待機状態の平面図、（ｂ）は塗布装置の待機状態の縦断面図 （ａ）はトレイの凹部に基板を入れる状態の平面図、（ｂ）はトレイの凹部に基板を入れる状態の縦断面図 （ａ）はトレイ上面に塗布液だまりを形成した状態の平面図、（ｂ）はトレイ上面に塗布液だまりを形成した状態の縦断面図 （ａ）はスキージによって塗布液を均している状態の平面図、（ｂ）はスキージによって塗布液を均している状態の縦断面図 （ａ）は塗布完了後にトレイを回転させて塗布液を乾燥させている状態の平面図、（ｂ）は塗布完了後にトレイを回転させて塗布液を乾燥させている状態の縦断面図 （ａ）はトレイから基板を持ち上げた状態の平面図、（ｂ）はトレイから基板を持ち上げた状態の縦断面図 （ａ）はトレイを洗浄している状態の平面図、（ｂ）はトレイを洗浄している状態の縦断面図 （ａ）及び（ｂ）は再生完了状態を示す図１と同様の図 （ａ）〜（ｃ）は別実施例の平面図 本発明に係る被膜形成装置の全体平面図

符号の説明

１…トレイ、２…塗布液供給ノズル、３…アプリケータとしてのスキージ、３ａ…スキージの下面、４…洗浄液供給ノズル、１１…凹部、１２…スピンナーチャック、１３…スピンナー軸、１４…チャック、２０…ロボット、２１…ローダ／アンローダ部、２１ａ…ローダ部、２１ｂ…アンローダ部、２２…基板表面への塗布部、２３…基板の裏面又は端面の洗浄部、２４…基板加熱部、２５…トレイの洗浄部、２６…薬液ストック部、Ｗ…基板。

Claims (7)

1. 回転可能なトレイと塗布液供給ノズルと塗布液を押し広げるアプリケータとを備えた塗布装置であって、前記トレイには基板収納用の凹部が形成され、この凹部は基板を収納した状態で基板上面とトレイ上面とが面一になる深さで且つ基板と相似形とされ、また前記塗布液供給ノズルは前記凹部を外したトレイの上方に配置され、更に前記アプリケータは前記凹部に収納された基板の上面との間に隙間を形成した状態で相対的に水平方向に移動可能とされていることを特徴とする塗布装置。
2. 請求項１に記載の塗布装置において、前記アプリケータはスキージまたはローラであることを特徴とする塗布装置。
3. 請求項１に記載の塗布装置において、前記トレイの凹部内には昇降可能なスピンナーチャックが設けられていることを特徴とする塗布装置。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の塗布装置を用いた塗布方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする塗布方法。
   工程１：トレイの凹部に基板を嵌め込む。
   工程２：塗布液供給ノズルから塗布液をトレイの上面で凹部から外れた箇所に供給するとともに、トレイを所定角度回転させるかノズルを移動させることで、アプリケータの移動方向を基準として基板よりも上流側に円弧状または直線状の塗布液だまりを形成する。
   工程３：アプリケータを基板に向かって移動させ前記塗布液だまりの塗布液を基板上面に押し広げる。
   工程４：トレイの凹部から基板を払い出す。
5. 請求項４に記載の塗布方法であって、前記工程に引き続いて以下の工程を行うことを特徴とする塗布方法。
   工程５：基板が払い出されたトレイの上面に洗浄液を供給しつつトレイを回転して洗浄せしめる。
   工程６：洗浄液が飛散してから更に回転を継続して乾燥せしめる。
6. 基板のローダ／アンローダ部、基板表面への塗布部、基板加熱部、基板の裏面又は端面の洗浄部及びこれら各部との基板の受け渡しを行うロボットを備えた被膜形成装置であって、前記塗布部には請求項１乃至請求項３に記載の塗布装置が配置されていることを特徴とする被膜形成装置。
7. 請求項６に記載の被膜形成装置において、前記基板加熱部または洗浄部にも塗布部に設けたトレイと同じトレイを配置していることを特徴とする被膜形成装置。